飼養密度和玩具對育肥豬生產性能、行為和生理指標的影響

李永振，王朝元,3※，黃仕偉,3，劉作華，王 浩

（1. 中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083；2. 農業農村部設施農業工程重點試驗室，北京 100083；3. 北京市畜禽健康養殖環境工程技術研究中心，北京 100083；4. 重慶市畜牧科學院，重慶 402460）

0 引 言

近年來，動物福利問題逐漸為人們所重視，生豬福利養殖模式在全球范圍快速推廣，各國通過制定標準或法規等方式確保生豬適宜飼養環境，提高規模化養殖生產性能、健康福利水平。尤其是歐盟等畜牧業發達國家，已經圍繞動物福利問題制定了一系列強制性法令，如提高群體規模、增加環境豐富度、保證最小占地面積等。

豬的飼養密度是指圈欄內單頭豬占有的地面面積或者一定面積內飼養的豬只頭數[1]，是規模化生產重要的技術參數，直接關系到養殖成本，以及生產性能、健康和福利狀況等。實際生產中，為節約生產成本而提高飼養密度的情況屢見不鮮，這容易導致豬在貧瘠擁擠環境中自然行為無法正常表達、舍內功能分區混亂、環境條件惡化，從而影響生產性能發揮。大量研究表明，過高的飼養密度下豬的質量增長速度和飼料轉化率下降、死淘率增加[2-3]，易發生攻擊和異常行為，免疫系統也可能受影響，豬肉品質降低[4-7]。為解決飼養密度過高和環境貧瘠問題，歐盟規定養豬生產中要保證最小占地指標、提升圈欄環境豐富度，如增設墊料、木棍、橡膠等福利設施，以增加豬在圈欄內行為多樣性，滿足自然行為習性需求。目前，國內外已對增設福利設施的影響開展了較為廣泛的研究[8-10]，結果表明適度調節飼養密度和提升圈欄環境豐富度是改善規模養豬福利水平的主要方式，但對兩者之間交互作用的研究非常有限；另外，提升環境豐富度對育肥豬飼養空間的需求是否有影響仍然有待明確。

中國在養豬集約化進程中形成了一套包括飼養密度標準在內的技術指標體系，但國內的飼養密度標準是針對不同生長階段豬群飼養的推薦值，范圍較為寬泛，而歐盟等國家則基于豬的不同質量范圍強制規定了最低占地面積限值。另外，現行國家標準《規模豬場建設》[11]推薦的生長育肥豬飼養密度為0.8～1.2 m2/頭，是基于傳統飼養模式提出的，未考慮增加福利設施等影響，是否滿足養豬業向健康高效轉型發展的迫切需求仍需要深入系統研究。

本文結合中國養豬業實際需求，研究飼養密度和福利設施對育肥豬生產性能、行為表現和生理指標的影響，探索二者之間的交互作用規律，確定適宜的飼養密度范圍，以期為養豬生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與飼養管理

試驗于2018年9—11月在重慶市某豬場育肥豬舍內進行。試驗共持續53 d，試驗期間舍外環境溫度16～23 ℃，相對濕度70%～95%。

試驗時，選擇144頭初始質量為 (57.0±4.4) kg的三元豬（杜洛克×長白×大白）作為對象，采用3×2雙因素試驗設計（3個飼養密度水平×有/無玩具），每個處理設置2個重復。基于現行標準，飼養密度設置為0.75、1.05、1.35 m2/頭，將育肥豬按照公母1∶1的比例隨機分配到12個圈欄內，每欄12頭。每個密度水平選擇1個圈欄設置4套由咬鏈和星形橡膠組成的“玩具”，懸掛于漏縫地板上方0.5 m處，共設置6欄；另外6個未設置玩具的圈欄為空白組。圈欄布置如圖1所示。

試驗豬舍地面為半漏縫地板形式（45%漏縫地面，55%實體地面），每個圈欄內安裝2個食槽和4個飲水器，自由采食與飲水。通過濕簾風機系統進行舍內通風和溫濕度調控。每天8:00和16:00進行足量飼喂。通過機械刮板清糞系統定期清理糞溝內糞污，每天7:00和17:00人工打掃圈欄衛生。

1.2 生產性能

測試的指標包括日均采食量（ADFI）、日均體質量增長量（ADG）、料重比（F/G）和日均耗水量。每周通過可移動單體秤（精度：0.5 kg，Meier-Brakenberg，德國）對各圈欄內的豬進行質量稱量，記錄體重變化，計算日均體重增長量。每天喂料前稱取投放到各圈欄的飼料質量，同時回收料筒和料盤中剩余飼料并稱取質量，計算各圈欄每天飼料消耗量和日均采食量，利用日均質量增長量和日均采食量數據計算料重比。通過讀取安裝在各圈欄飲水管道上流量計（精度：10-4m3）示數，統計各處理每日飲水消耗量。

1.3 行為指標

通過安裝在各圈欄上方的高清廣角攝像系統自動記錄豬群行為，選擇群體穩定后的1 d（轉群后20 d）進行統計分析。行為統計前2 d，每個圈欄隨機挑選3頭健康豬（無行動障礙）進行標記。統計的行為指標包括躺臥、采食、飲水、玩具玩耍、爭斗等，描述如表1所示。在統計行為時，白天時段（6:00-20:00）選擇每30 min的前10 min，夜間時段（0:00-6:00，20:00-24:00）選擇每60 min的前5 min的視頻錄像，由1組經過訓練的觀察員（4～5人）統計各行為指標發生的時長比例（統計時段內某行為發生的時長占統計總時長的比例）和頻次。

表1 豬只目標行為描述[12-13]Table 1 Definition of behaviors of marked pigs

1.4 生理指標

1.4.1 體表溫度

以豬眼部溫度作為衡量體表溫度高低的指標。試驗期間，分別在每周四的8:00—9:00、11:00—12:00、14:00 —15:00和17:00—18:00，使用紅外熱像儀（Fotric220s，上海）以非接觸方式測量豬只眼部溫度。各圈欄隨機挑選6頭豬只進行測量，測量時熱像儀與豬眼部距離保持30～50 cm，待相機自動聚焦且顯示器上溫度示數穩定后讀取、記錄數據，完成1輪溫度測量（72頭豬）的時長<20 min。

1.4.2 唾液皮質醇濃度

試驗期間選擇每周日的9:00—10:00豬只活動強度較高時段采集每個圈欄豬的混合唾液樣本。將唾液采集裝置（棉繩、鋼絲繩等組成）分別固定在每個圈欄欄桿上供豬只自由咀嚼5～10 min，待棉繩充分濕潤后取下，收集唾液樣本2～3 mL至試劑管內，收集完畢后及時將試劑管密封并臨時置于-20 ℃環境中保存。通過冷鏈運輸將樣品寄送至南京建成生物工程研究所進行皮質醇濃度檢測，運輸過程中樣品通過干冰冷凍保存在泡沫保溫箱內，運送時間<36 h。利用ELISA（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay）豬皮質醇試劑盒檢測唾液皮質醇濃度，其組內和組間變異系數分別小于10%和12%。

1.4.3 血清生理指標

血清生理指標包括血清皮質醇、免疫球蛋白G、炎性細胞因子（包括白細胞介素-1β，白細胞介素-6，腫瘤壞死因子-α）。分別在轉群25和53 d稱取質量前采集育肥豬血液樣本，根據每欄豬群平均質量隨機挑選3頭豬，由技術員進行前腔靜脈采血，1頭豬從綁定到采集到血液樣本的時間<2 min，減少應激對血液指標的影響。每頭采集10 mL血液樣本，完畢后在室溫下將樣本靜置至出現分層后分離出血清，并將血清置于3 500 r/min轉速的離心機內離心10 min。處理后的樣本臨時保存在-20 ℃環境中，送檢地點和方式同唾液皮質醇。利用ELISA試劑盒檢測血清皮質醇、免疫球蛋白G和炎性細胞因子濃度，其組內和組間變異系數分別小于10%和12%。

1.5 數據分析

本研究中，采食量、耗水量和唾液皮質醇指標以每個圈欄為統計單位進行衡量，每個處理2次重復；其余指標以豬只個體為統計單位，各處理重復次數為采樣對象數量。試驗數據在SPSS 22.0軟件進行統計分析，通過單因素方差分析和一般線性模型分別研究飼養密度和福利設施對育肥豬生產性能、行為和生理指標的影響效果及其交互作用。試驗結果表現形式為：平均值±標準差；P<0.05表示處理之間差異顯著，P<0.01代表差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 生產性能

飼養密度和玩具設置對育肥豬生產性能影響如表2所示。

表2 飼養密度和玩具對育肥豬生產性能的影響Table 2 Effects of stocking density and toys on production performance of the pigs

無論是否設置玩具，1.05 m2/頭處理的ADFI均低于0.75和1.35 m2/頭處理（P<0.05）；ADG和F/G在不同密度水平下表現出差異，隨著飼養密度降低，ADG顯著增加、F/G顯著減少，其中1.35 m2/頭空白組ADG分別比0.75和1.05 m2/頭處理高10.0%（P<0.01）和7.7%（P<0.05），F/G則分別低7.3%（P<0.01）和2.0%（P<0.05）。玩具組中各密度水平豬只飲水消耗量相當，而空白組中1.05 m2/頭組飲水量顯著低于另外兩組（P<0.05）。在同一生活環境中認為豬群間有效飲水量相當，飲水消耗差異主要來自“玩水”行為（拱咬飲水器，但未有效飲水），這是一種常見的刻板行為，通常造成大量飲水浪費。

對比玩具組和空白組數據，0.75和1.05 m2/頭密度下，玩具組ADFI分別比空白組高4.8%和2.7%（P>0.05），而1.35 m2/頭處理玩具組和空白組ADFI相當；對于ADG，玩具組和空白組表現出類似規律，其中0.75和1.05 m2/頭中玩具組ADG分別比空白組高5.5%和4.4%（P>0.05），1.35 m2/頭組則無差異。說明玩具設置對于生產指標具有一定促進效果，且作用效果隨飼養面積的減小而增強。另外，設置玩具對于降低0.75和1.35 m2/頭密度下豬只飲水消耗具有顯著作用（P<0.01）。

飼養密度和玩具設置在采食量、日均質量增長量、料重比指標上未表現明顯的交互作用（P>0.05），在耗水量上的交互作用顯著（P<0.001）。設置玩具在0.75和1.35 m2/頭密度水平上能夠顯著降低豬飲水消耗量；同時，有利于增加豬只采食量和體重增長量，且作用效果隨飼養面積的減小而明顯，但交互作用未達到顯著水平（分別P= 0.586，P= 0.483）。

2.2 行為

轉群20 d時豬的各類行為的時長比例如表3所示。由于爭斗較少（<0.5%），為便于比較，將其并入“其他”行為中進行分析。結果表明，育肥豬在該時段內以躺臥和采食行為為主，玩具組和空白組行為變化規律不同。玩具組中，隨著飼養面積增大，豬的躺臥時長減少，采食、飲水、玩耍等其他活動時長增加，根據表2數據也可看出其生長速度有增加趨勢。空白組中，躺臥和飲水時長隨飼養面積的增大而增加，采食和其他活動時長則相應減少。

表3 飼養密度和玩具對第20天育肥豬行為時長比例的影響Table 3 Effects of stocking density and toys on behaviors duration percentage of the pigs on 20th day after grouping

飼養密度和玩具設置在育肥豬群體穩定期躺臥、采食行為上交互作用顯著（分別P= 0.018，P= 0.003），在飲水和“其他”行為未表現出明顯交互作用（P>0.05）。設置玩具可顯著增加0.75 m2/頭水平豬只有效躺臥和1.35 m2/頭水平采食等活動時長。

2.3 生理指標

2.3.1 體表溫度

除第49天外（可能與降溫有關），不同處理下豬的體表溫度變化較為平穩（圖2），但不同飼養密度水平之間體表溫度差異明顯：隨著圈欄面積減小，育肥豬體表溫度明顯升高，特別是0.75 m2/頭處理的豬只體溫顯著更高（P<0.01），說明飼養密度對豬體表散熱影響明顯。1.05和1.35 m2/頭密度下，玩具組和空白組的豬只體表溫度相當；0.75 m2/頭水平下，玩具組豬只體表溫度稍高于空白組，但差異不顯著（P>0.05），玩具設置對豬體表溫度影響效果不明顯。

2.3.2 唾液皮質醇濃度

整體來看，測試期間各處理唾液皮質醇濃度未表現出明顯變化規律（圖3）。玩具組整體呈“波浪式”變化，其中1.05 m2/頭處理在37 d后呈下降趨勢。空白組中，各處理皮質醇濃度在測量前期變化較為平緩，其中0.75 m2/頭密度高于另外兩密度組，試驗37 d各處理濃度均出現一定程度的上升，之后呈下降趨勢，其中1.35 m2/頭密度水平上升幅度較大。同一飼養密度水平下，玩具組和空白組之間皮質醇濃度差異不顯著（P>0.05）。整體而言，不同處理之間唾液皮質醇濃度變化規律不明顯。

2.3.3 血清生理指標

本文豬只血清生理指標包括皮質醇（Cortisol）、免疫球蛋白G（IgG）和炎性細胞因子（白細胞介素-1β、白細胞介素-6和腫瘤壞死因子-α，分別簡稱IL-1β，IL-6，TNF-α），25和53 d血清生理指標如表4所示。

表4 不同處理豬只血清生理指標比較Table 4 Comparing of the pigs’ physiological indexes among different treatments

對于皮質醇，第25天空白組和玩具組各飼養密度水平皮質醇濃度未表現明顯差異。53 d，空白組皮質醇濃度隨飼養密度的升高而增大，0.75 m2/頭處理明顯高于1.35 m2/頭處理（P<0.05）；玩具組各飼養密度處理的皮質醇濃度無明顯差異（P>0.05）。同時，各密度水平中玩具組和空白組之間皮質醇濃度總體差異不明顯（P>0.05）。

對于IgG，各處理2次測量的IgG濃度均無顯著差異，且無明顯的變化規律。不同飼養密度處理中，玩具組與空白組之間多數IgG濃度無顯著差異，但空白組IgG濃度數據在數值上均高于玩具組，其中1.05 m2/頭組在53 d空白組比玩具組高19.9%（P<0.05），反映出玩具組豬只體液免疫水平總體高于空白組。

對比IL-1β、IL-6和TNF-α數據，發現3種細胞因子濃度變化在玩具組和空白組中表現出相似規律，即高飼養密度處理促進炎性細胞因子濃度升高，特別是IL-1β和IL-6，玩具組中25和53 d，0.75 m2/頭組IL-1β濃度分別比1.35和1.05 m2/頭高17.8%和13.8%（P<0.05）；53 d中，0.75 m2/頭組IL-6濃度比1.05 m2/頭處理高15.9%（P<0.05）。對比各飼養密度水平有無設置玩具3種細胞因子濃度，發現在同一飼養密度水平下空白組IL-1β、IL-6和TNF-α濃度普遍高于玩具組，其中在1.05 m2/頭水平，空白組53 d的IL-1β、IL-6和TNF-α濃度分別比玩具組高20.2%（P<0.01）、23.2%（P<0.05）、15.7%（P<0.05）。說明增大飼養面積或提供玩具有利于豬免疫水平提高。

2.4 效益分析

根據試驗期間飼養成本投入和生豬市場情況核算各處理生產效益情況（表5），主要包括單頭豬只和單位圈欄面積生產效益。其中生豬價格13.87元/kg（2018年11月全國活豬平均市場價格，農業農村部畜牧獸醫局信息監測處發布）；飼料成本3.58元/kg（試驗使用飼料價格）；玩具成本25.00元/套（玩具組4套/欄，折舊率20%）。

表5 不同處理生產效益比較Table 5 Comparing of production benefits among different treatments

單頭育肥豬生產效益隨圈欄面積的增大而逐漸增加，但單位圈欄面積效益明顯下降，說明建筑成本對育肥豬生產效益影響較大。同一飼養密度水平，玩具組單頭育肥豬和圈欄單位面積生產效益均高于未設置玩具組，其中1.35 m2/頭水平下，設置玩具后生產效益提高7.03 元/頭。

3 討 論

3.1 飼養密度與福利設施的影響規律

本文結合中國生產實際，將各處理育肥豬群體規模控制在12頭/欄，減小群體規模差異對研究的干擾。結果表明，飼養密度對育肥豬生產性能、行為和生理指標影響顯著。試驗前期高密度環境中育肥豬飼料消耗量大，隨著飼養密度降低，質量增長量和飼料轉化率顯著增加。多數研究表明育肥豬采食量隨飼養密度的升高而減少[14]，或受飼養密度影響不顯著[15]。而本研究中高密度下育肥豬飼料消耗量增加，質量增長速度降低，可能是高密度環境中豬只占據食槽和“拱料”行為較多，造成飼料浪費。在設置玩具條件下，飼養密度對育肥豬耗水量影響顯著，其中1.05 m2/頭處理顯著小于另外2密度水平；而在未設置玩具時各密度之間無明顯差異，具體原因有待進一步研究。育肥豬各行為發生時長在有無玩具條件下差異顯著。未設置玩具時，隨著飼養面積的增加，豬只優先選擇躺臥空間，其他活動時間相應減少，與前人研究結果一致[16]，而設置玩具后則表現出相反規律。群體穩定期，飼養密度升高能夠從健康、應激和細胞免疫水平方面對育肥豬生理參數造成不利影響，與前人相關研究結果一致[17-18]。同時，飼養密度對唾液皮質醇濃度、血清IgG濃度等無顯著影響，Jang等研究發現生長育肥豬在試驗第10和14周血清IgG濃度受飼養密度影響較為明顯[19]，說明飼養密度對育肥豬體液免疫水平的影響可能存在階段性差異。本研究中飼養密度對不同來源的皮質醇濃度影響存在差異，血清皮質醇作為豬只體內指標更能直觀反映其應激狀況，而唾液皮質醇受外界影響因素較多，可能在反映豬只應激水平上存在較大誤差，這一現象也可能與本研究中混合唾液樣本的采集方法有關。

福利設施對育肥豬群體穩定期行為選擇和生理指標具有顯著影響。育肥階段豬只體重增長較快，活動量下降，躺臥和采食是該階段豬主要的行為選擇。在高密度環境中，設置玩具能夠有效減少育肥豬刻板、咬斗等異常行為發生，增加有效躺臥時長；在低密度環境中，豬只采食、玩耍等活動時長增加，一定程度增加豬只活動量。已有研究表明在圈欄內設置福利設施對于減少豬只異常行為效果明顯[20]。本研究只統計了轉群20 d育肥豬行為數據，今后需要系統研究分析福利設施對育肥豬行為的影響。設置玩具后育肥豬血清IgG和炎性細胞因子濃度均有所降低，福利設施對于提高群體穩定期豬免疫水平有促進效果。已有研究認為提高環境豐富度對豬唾液皮質醇濃度無顯著影響[21-22]，目前關于環境豐富度對豬免疫健康影響的研究還處于起步階段，Luo等同樣發現提高環境豐富度會降低豬血清IgG濃度[23]。設置玩具有利于增加育肥豬采食量，促進質量增長和飼料轉化，但效果不顯著，席磊等發現設置玩具可顯著提高育肥豬生產性能和豬肉品質[24]。玩具對豬只健康、生產的影響效果還可能與玩具布置的數量、種類、位置等有關，李偉等系統綜述了豬舍不同環境豐富度水平對動物福利、生產、品質等影響[25]，關于玩具設置的作用規律還有待系統研究。

目前關于飼養密度和福利設施對生長育肥豬交互作用的研究較為有限。在玩具數量一定的條件下，其空間占有率隨圈欄面積的改變而變化，豬只接觸到玩具的機會也隨之改變，可能導致玩具在不同飼養面積中的作用效果存在差異。本研究群體穩定期（20 d），隨著飼養面積增加，豬只玩具玩耍時長也隨之增加，但總體玩耍時長比例已經下降至7%以內。玩具設置有利于增加育肥豬采食量，促進質量增長，其作用效果隨圈欄面積的減小而增加；在0.75和1.35 m2/頭密度水平下，設置玩具可顯著降低豬群耗水量，有效減少豬只玩水等異常行為和飲水浪費；同時，不同密度水平上設置玩具對群體穩定期豬行為表現影響明顯，高密度環境可增加豬只有效躺臥休息時長，減少因擁擠環境造成的刻板等異常行為，低密度環境增加豬采食、玩耍等時長，一定程度增加豬只活動量。說明在一定空間占有率下，玩具設置通過增加環境選擇促進豬只生產性能發揮，有效提高豬群健康和福利水平。Van de Weerd等提出環境豐富度能夠有效發揮作用需要滿足的4個標準[26]。結合本研究內容，認為玩具在圈欄內的空間占有率是發揮其有效性的必要因素，有效的玩具設置有利于發揮育肥豬生產性能和提升健康福利水平，尤其在飼養面積有限的條件下，有利于增加養殖生產的經濟性。

3.2 育肥豬適宜飼養密度范圍

關于育肥階段適宜飼養密度范圍，Kim等通過研究適宜飼養密度對不同階段豬只生產性能和生理反應影響，認為65～115 kg范圍育肥豬適宜飼養密度為0.78～0.80 m2/頭[17]，但該密度范圍在本研究中效果較差，可能與飼養方式差異有關。肖克權等通過在不同季節進行小群飼養試驗，研究飼養密度對豬群生長性能、生化、應激等指標的影響，認為生長豬在夏季和冬季適宜飼養密度水平分別為1.14和0.61 m2/頭[27-28]。不同研究之間群體規模、飼養方式、季節氣候的差異對育肥豬合理飼養密度范圍造成影響。本研究中，在0.75～1.05 m2/頭的高密度范圍，雖然單位面積生產效益較高，但育肥豬生長速度和生理健康水平下降明顯，設置玩具可明顯減少飲水浪費、異常行為發生，提高群體免疫力，減少用藥量，促進體重增長，提升生產效益；1.05～1.35 m2/頭的低密度范圍，育肥豬生長速度和飼料轉化率明顯提高，群體穩定期應激水平下降，免疫力提高，單頭豬生產效益增加，提供玩具對于豐富圈欄環境、提升健康水平具有一定促進效果。歐盟對于50和110 kg豬規定的最小占地面積分別為0.55和0.65 m2/頭，中國相關行業標準對育肥階段推薦的密度范圍在0.8～1.2 m2/頭[11]，在該飼養方式下，相關飼養密度范圍符合國內外相關標準。受生產條件限制，試驗在生產、行為和部分生理數據采集方式上還較為傳統，采集數據量有限，在今后的研究中通過數據智能采集和傳輸技術，可有效增加樣本量，減少人為干擾，對相關研究具有重要意義。

4 結 論

1）飼養密度對育肥豬采食量、體重增長、飼料轉化率，轉群穩定期豬只躺臥、采食等行為，以及體表溫度、血清皮質醇濃度、白細胞介素-1β和白細胞介素-6濃度等生理指標影響顯著（P<0.05），增大飼養面積促進育肥豬生產性能、健康和福利水平提升。

2）玩具設置能夠增加育肥豬在圈欄內行為多樣性，有效減少飲水浪費和異常行為（P<0.01）；增加高密度環境中豬只有效躺臥時長，減少刻板行為發生，顯著降低豬只血清IgG和炎性細胞因子濃度，提升機體免疫水平（P<0.05），有利于增加高密度環境中豬只采食量和體重增長；與飼養密度在影響豬耗水量、躺臥和采食行為上具有交互作用（P<0.05）；與傳統飼養相比，提供玩具可多產出最高7.03元/頭的生產效益。

3）與1.05和1.35 m2/頭水平相比，0.75 m2/頭的高密度環境對育肥豬生產和生理健康影響較大，有必要設置玩具以提高福利水平；育肥豬在1.35 m2/頭水平中其生產性能、健康福利水平有明顯提升，設置玩具有利于豬只行為表達；結合國內外相關研究分析，認為在該飼養方式下，1.05～1.35 m2/頭的飼養密度范圍在發揮育肥豬生產性能、提升動物福利等方面效果更優。